1、前言

海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)是 21 世(shi)紀世(shi)界(jie)政(zheng)治、經(jing)(jing)濟(ji)和軍(jun)事競爭的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)高(gao)點，海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)科學研究、海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)技術(shu)開發等(deng)已(yi)上升到(dao)各(ge)國最高(gao)層(ceng)次(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)戰(zhan)略性規劃與(yu)決策范疇(chou)。鈦(tai)金屬輕(qing)質、高(gao)強(qiang)(qiang)、耐(nai)蝕(shi)，尤其耐(nai)海(hai)(hai)(hai)水和海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)大氣(qi)腐蝕(shi)，是優異的(de)(de)(de)(de)(de)海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)程(cheng)用輕(qing)量化結構材(cai)(cai)料(liao)，對提(ti)高(gao)海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)程(cheng)裝備的(de)(de)(de)(de)(de)作業能(neng)力、安全性、可靠性及戰(zhan)術(shu)水平具有十(shi)分(fen)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)意義。我(wo)國海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)程(cheng)用鈦(tai)金屬材(cai)(cai)料(liao)經(jing)(jing)過50余(yu)年的(de)(de)(de)(de)(de)發展，已(yi)經(jing)(jing)取得了(le)很大的(de)(de)(de)(de)(de)進步(bu)，具備完整的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)業體系，初步(bu)形成了(le)由低到(dao)高(gao)不同強(qiang)(qiang)度級別(bie)的(de)(de)(de)(de)(de)鈦(tai)合金材(cai)(cai)料(liao)體系，其制(zhi)(zhi)備加(jia)工(gong)(gong)裝備的(de)(de)(de)(de)(de)水平與(yu)世(shi)界(jie)處于同一水平［1］。但同美、俄、日等(deng)海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)強(qiang)(qiang)國相比，我(wo)國在(zai)(zai)海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)程(cheng)用鈦(tai)合金的(de)(de)(de)(de)(de)基礎(chu)研究、制(zhi)(zhi)備加(jia)工(gong)(gong)技術(shu)、應(ying)用技術(shu)、鈦(tai)裝備和部件的(de)(de)(de)(de)(de)設計(ji)(ji)與(yu)制(zhi)(zhi)造技術(shu)以及相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)配套技術(shu)等(deng)各(ge)個環(huan)節還(huan)有待提(ti)高(gao)［2，3］。黨(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)十(shi)九大報告指出: “堅持陸海(hai)(hai)(hai)統籌，加(jia)快建設海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)強(qiang)(qiang)國”。在(zai)(zai)海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)強(qiang)(qiang)國戰(zhan)略、《中國制(zhi)(zhi)造 2025》計(ji)(ji)劃和“一帶(dai)一路”戰(zhan)略的(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)同推(tui)動下，海(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)程(cheng)產業迎(ying)來(lai)巨大的(de)(de)(de)(de)(de)市場空間。“蛟

龍號”“深海勇士號”“全海深載人潛水器”和“深海空間站”等國家重大項目的陸續啟動，為鈦合金材料在海洋工程上的(de)推廣應用(yong)提(ti)供了最(zui)佳(jia)的(de)發展時機。

本文(wen)綜述了我國近年(nian)來(lai)海洋(yang)工程用鈦(tai)合(he)(he)金的(de)發(fa)展戰略和(he)平臺建設、領(ling)域(yu)熱點和(he)重(zhong)點問題、重(zhong)大項目(mu)支持計劃以及在基礎(chu)和(he)應用研究領(ling)域(yu)取得的(de)重(zhong)要成果，對存在問題和(he)發(fa)展趨(qu)勢進(jin)行了分析，以期推動(dong)鈦(tai)合(he)(he)金在我國海洋(yang)工程領(ling)域(yu)更(geng)加廣泛的(de)應用，并為鈦(tai)合(he)(he)金研發(fa)人員及海洋(yang)工作者提供相關借鑒。

2、頂層規劃和平臺建設

2. 1頂層規劃

中(zhong)國(guo)工(gong)(gong)程院在(zai) 2013 年(nian)(nian)由周(zhou)廉(lian)院士作(zuo)(zuo)為負責人，分(fen)別啟(qi)動了(le)(le)“中(zhong)國(guo)海(hai)洋(yang)(yang)工(gong)(gong)程材料研(yan)(yan)(yan)(yan)發現狀及發展(zhan)(zhan)戰略(lve)(lve)初步(bu)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)”咨(zi)(zi)詢(xun)(xun)項(xiang)目(mu)和(he)(he)“海(hai)洋(yang)(yang)工(gong)(gong)程中(zhong)關鍵材料發展(zhan)(zhan)戰略(lve)(lve)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)”重(zhong)點咨(zi)(zi)詢(xun)(xun)項(xiang)目(mu)。鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)材料作(zuo)(zuo)為這(zhe)兩個(ge)咨(zi)(zi)詢(xun)(xun)項(xiang)目(mu)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要組成(cheng)部分(fen)，由南京工(gong)(gong)業大學(xue)牽頭，聯(lian)合(he)我國(guo)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)研(yan)(yan)(yan)(yan)發、生(sheng)產和(he)(he)應用(yong)的(de)(de)(de)(de)骨干單位(wei)，歷(li)時 3 年(nian)(nian)，以現場調研(yan)(yan)(yan)(yan)、文獻(xian)調研(yan)(yan)(yan)(yan)和(he)(he)學(xue)術研(yan)(yan)(yan)(yan)討等形式，系統地開展(zhan)(zhan)了(le)(le)國(guo)內外海(hai)洋(yang)(yang)工(gong)(gong)程領域用(yong)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)(yan)發、生(sheng)產和(he)(he)應用(yong)現狀的(de)(de)(de)(de)調研(yan)(yan)(yan)(yan)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)，完成(cheng)了(le)(le)《中(zhong)國(guo)海(hai)洋(yang)(yang)工(gong)(gong)程材料發展(zhan)(zhan)戰略(lve)(lve)咨(zi)(zi)詢(xun)(xun)報告》中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)金(jin)(jin)屬材料部分(fen)和(he)(he)《海(hai)洋(yang)(yang)工(gong)(gong)程鈦(tai)(tai)金(jin)(jin)屬材料》編寫，并建議了(le)(le)海(hai)洋(yang)(yang)工(gong)(gong)程用(yong)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)(zhan)路線圖，規劃了(le)(le)重(zhong)點的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)方(fang)向。

基于此，2019 年，在(zai)科技(ji)部“海(hai)洋(yang)(yang)領域面向 2035 年國家中(zhong)長(chang)期科技(ji)發(fa)展(zhan)規劃戰(zhan)略政(zheng)策”研(yan)究(jiu) ＆ 第六次國際技(ji)術(shu)預測工作(zuo)中(zhong)，也擬將(jiang)海(hai)洋(yang)(yang)裝備用(yong)長(chang)效高性能(neng)輕(qing)(qing)量化(hua)結構材料及連(lian)接技(ji)術(shu)列入關鍵(jian)技(ji)術(shu)，鈦(tai)合金材料作(zuo)為(wei)海(hai)洋(yang)(yang)裝備輕(qing)(qing)量化(hua)材料的典型代表(biao)，將(jiang)會(hui)受到充分(fen)的重(zhong)視。

2. 2平臺建設

為推(tui)(tui)進(jin)我(wo)國(guo)(guo)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)材(cai)料(liao)(liao)產業(ye)技(ji)術創(chuang)新(xin)(xin)(xin)工(gong)(gong)(gong)(gong)作，加(jia)快建(jian)立(li)以企業(ye)為主體、市場為導(dao)向、“產學研(yan)用(yong)(yong)(yong)(yong)”緊密結合(he)(he)(he)(he)的(de)(de)技(ji)術創(chuang)新(xin)(xin)(xin)體系(xi)，實現技(ji)術創(chuang)新(xin)(xin)(xin)成(cheng)(cheng)果的(de)(de)快速(su)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)化，推(tui)(tui)動海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)材(cai)料(liao)(liao)行業(ye)結構(gou)調整升(sheng)級，提(ti)升(sheng)行業(ye)核(he)心競(jing)爭力(li)，促(cu)進(jin)我(wo)國(guo)(guo)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)材(cai)料(liao)(liao)產業(ye)可持續發(fa)展，在(zai)(zai)周(zhou)廉院士(shi)的(de)(de)推(tui)(tui)動下，2016 年(nian) 6 月在(zai)(zai)武漢(han)成(cheng)(cheng)立(li)了“中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)材(cai)料(liao)(liao)產業(ye)技(ji)術創(chuang)新(xin)(xin)(xin)戰略聯盟”，“鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)料(liao)(liao)及其在(zai)(zai)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)”是(shi)戰略聯盟的(de)(de)重要分盟之一(yi)。該分盟集合(he)(he)(he)(he)了軍方(fang)、設(she)(she)計所及國(guo)(guo)內研(yan)發(fa)和(he)生(sheng)產優勢單位(wei)，目(mu)標在(zai)(zai)于尋求鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)領域獲(huo)得突(tu)破。同時，根據中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)院咨詢報告的(de)(de)建(jian)議和(he)周(zhou)廉院士(shi)的(de)(de)大力(li)倡(chang)導(dao)和(he)推(tui)(tui)動，我(wo)國(guo)(guo)各地方(fang)政府圍繞(rao)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)，先后成(cheng)(cheng)立(li)了若干研(yan)發(fa)平臺。2015 年(nian)，江蘇省海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)先進(jin)材(cai)料(liao)(liao)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)技(ji)術研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)心在(zai)(zai)南京成(cheng)(cheng)立(li)，海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)裝備用(yong)(yong)(yong)(yong)金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)及其應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)國(guo)(guo)家(jia)重點實驗室在(zai)(zai)鞍山(shan)成(cheng)(cheng)立(li); 2018 年(nian)，先進(jin)鈦(tai)及鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)料(liao)(liao)技(ji)術國(guo)(guo)家(jia)地方(fang)聯合(he)(he)(he)(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)心在(zai)(zai)洛陽成(cheng)(cheng)立(li)。這些與海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)料(liao)(liao)密切相關的(de)(de)國(guo)(guo)家(jia)和(he)地方(fang)研(yan)發(fa)平臺的(de)(de)建(jian)設(she)(she)，將為我(wo)國(guo)(guo)海(hai)(hai)(hai)(hai)洋(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)用(yong)(yong)(yong)(yong)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)研(yan)發(fa)和(he)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)提(ti)供(gong)良(liang)好的(de)(de)合(he)(he)(he)(he)作平臺。

2. 3學術活動

為(wei)了推(tui)動海(hai)(hai)洋(yang)工(gong)程(cheng)(cheng)材料(liao)(liao)，特別(bie)是海(hai)(hai)洋(yang)工(gong)程(cheng)(cheng)用(yong)(yong)鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金材料(liao)(liao)領(ling)域(yu)的學術交流及人才(cai)(cai)培(pei)養(yang)，在周廉院(yuan)士(shi)的倡導、建議(yi)和(he)推(tui)動下，“新(xin)材料(liao)(liao)國(guo)(guo)際發(fa)展趨勢高(gao)層(ceng)論壇(tan)”“海(hai)(hai)洋(yang)材料(liao)(liao)與腐蝕(shi)防(fang)護大會”“中國(guo)(guo)海(hai)(hai)洋(yang)材料(liao)(liao)高(gao)峰論壇(tan)”“第一屆(jie)海(hai)(hai)軍裝備腐蝕(shi)控(kong)制及新(xin)材料(liao)(liao)發(fa)展論壇(tan)”等一系列高(gao)端學術會議(yi)相繼(ji)召開，會議(yi)影響力逐(zhu)漸擴大，參會人員逐(zhu)年(nian)增(zeng)長。海(hai)(hai)洋(yang)工(gong)程(cheng)(cheng)用(yong)(yong)鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金作為(wei)會議(yi)主題的重要(yao)組(zu)成部(bu)分，受到越來越多科研人員的關注，也為(wei)海(hai)(hai)洋(yang)工(gong)程(cheng)(cheng)用(yong)(yong)鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金材料(liao)(liao)得(de)到國(guo)(guo)家相關部(bu)委的重視(shi)(shi)起(qi)到了積(ji)極的作用(yong)(yong)。同時，周廉院(yuan)士(shi)非(fei)常重視(shi)(shi)青年(nian)人才(cai)(cai)的培(pei)養(yang)工(gong)作，在南京、西(xi)安等地連續舉辦“鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金暑期(qi)培(pei)訓班”活動，邀(yao)請國(guo)(guo)內鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金領(ling)域(yu)的知名(ming)專家為(wei)在校碩士(shi)研究生、博士(shi)研究生及青年(nian)教師免費授課，為(wei)我國(guo)(guo)鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金行業，特別(bie)是海(hai)(hai)洋(yang)鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金領(ling)域(yu)人才(cai)(cai)梯(ti)隊的培(pei)養(yang)和(he)建設(she)發(fa)揮了重要(yao)作用(yong)(yong)。

3、領域熱點和重點問題

3. 1海洋(yang)工程鈦合(he)金(jin)材料體系

鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)是(shi)我(wo)國(guo)(guo)“三航”發(fa)(fa)展的(de)基礎關鍵材(cai)料(liao)。目前(qian)我(wo)國(guo)(guo)在(zai)航空(kong)航天鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)方面(mian)都有大量(liang)的(de)積累(lei)，開發(fa)(fa)了(le)覆蓋600～1500 MPa 強度級(ji)別的(de)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)多(duo)個合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)序列，基本(ben)可(ke)(ke)滿足(zu)我(wo)國(guo)(guo)在(zai)航空(kong)航天領域的(de)需求(qiu)，但我(wo)國(guo)(guo)海洋(yang)工程(cheng)(cheng)(cheng)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)材(cai)料(liao)不(bu)(bu)成體(ti)系(xi)(xi)，缺(que)乏海洋(yang)服(fu)役(yi)環境下(xia)的(de)適應(ying)性(xing)(xing)研(yan)究，導致(zhi)“點式應(ying)用(yong)(yong)(yong)”為主，用(yong)(yong)(yong)量(liang)也(ye)極(ji)(ji)(ji)少。到目前(qian)為止，我(wo)國(guo)(guo)海洋(yang)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)尚(shang)未形成公認(ren)的(de)材(cai)料(liao)體(ti)系(xi)(xi)，而且鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)數(shu)據積累(lei)尚(shang)不(bu)(bu)能(neng)完全支(zhi)撐我(wo)國(guo)(guo)海洋(yang)工程(cheng)(cheng)(cheng)關鍵裝(zhuang)備(bei)的(de)選(xuan)(xuan)材(cai)需求(qiu)。特別是(shi)針對(dui)目前(qian)海洋(yang)裝(zhuang)備(bei)走向(xiang)深(shen)海、遠海和兩極(ji)(ji)(ji)的(de)目標，并無適用(yong)(yong)(yong)于深(shen)海、兩極(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng)(deng)苛刻(ke)服(fu)役(yi)環境的(de)專用(yong)(yong)(yong)牌(pai)號鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，急需借助(zhu)高效材(cai)料(liao)設計(ji)(ji)(ji)開發(fa)(fa)手段填補空(kong)白，滿足(zu)我(wo)國(guo)(guo)深(shen)海、遠海和兩極(ji)(ji)(ji)工程(cheng)(cheng)(cheng)發(fa)(fa)展的(de)要求(qiu)。集(ji)成計(ji)(ji)(ji)算材(cai)料(liao)工程(cheng)(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)具有開發(fa)(fa)周(zhou)(zhou)期短、篩選(xuan)(xuan)樣本(ben)數(shu)多(duo)、合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)成分范圍廣等(deng)(deng)(deng)優(you)(you)點，近年來在(zai)材(cai)料(liao)設計(ji)(ji)(ji)、開發(fa)(fa)和性(xing)(xing)能(neng)優(you)(you)化方面(mian)發(fa)(fa)揮了(le)巨大的(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)。高性(xing)(xing)能(neng)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)多(duo)為四元(yuan)及(ji)以上復雜(za)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)體(ti)系(xi)(xi)，僅完成材(cai)料(liao)的(de)體(ti)系(xi)(xi)確定、成分優(you)(you)選(xuan)(xuan)等(deng)(deng)(deng)必要過程(cheng)(cheng)(cheng)，就(jiu)需要經歷較長的(de)開發(fa)(fa)周(zhou)(zhou)期和大量(liang)的(de)設計(ji)(ji)(ji)開發(fa)(fa)成本(ben)。以典型的(de) Ti-6Al-4V 體(ti)系(xi)(xi)為例(li)，微量(liang) Fe，Mo合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)元(yuan)素(su)和 C，H，O，N 等(deng)(deng)(deng)雜(za)質(zhi)元(yuan)素(su)，均會對(dui)材(cai)料(liao)組織、焊接性(xing)(xing)能(neng)、服(fu)役(yi)性(xing)(xing)能(neng)等(deng)(deng)(deng)產生直接影(ying)響。例(li)如通過第(di)一性(xing)(xing)原理計(ji)(ji)(ji)算揭示了(le)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中 O 原子溶(rong)質(zhi)強化造成螺位錯核(he)間(jian)隙位置扭(niu)轉(zhuan)大幅提升其力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(屈服(fu)強度、塑性(xing)(xing)等(deng)(deng)(deng))的(de)機制(zhi)［4］。利用(yong)(yong)(yong)第(di)一性(xing)(xing)原理計(ji)(ji)(ji)算、分子動力學(xue)模擬(ni)、有限元(yuan)模擬(ni)等(deng)(deng)(deng)介觀(guan)、微觀(guan)、宏觀(guan)的(de)跨尺(chi)度模擬(ni)，可(ke)(ke)預測(ce)材(cai)料(liao)原子、分子、相、組織、性(xing)(xing)能(neng)等(deng)(deng)(deng)不(bu)(bu)同層(ceng)面(mian)的(de)材(cai)料(liao)基礎性(xing)(xing)能(neng)及(ji)微觀(guan)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)機制(zhi)，為材(cai)料(liao)成分、組織、性(xing)(xing)能(neng)等(deng)(deng)(deng)優(you)(you)化提供(gong)一定的(de)借鑒。針對(dui)目前(qian)海洋(yang)工程(cheng)(cheng)(cheng)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)可(ke)(ke)選(xuan)(xuan)牌(pai)號稀少、選(xuan)(xuan)擇準(zhun)則缺(que)失、基礎數(shu)據積累(lei)不(bu)(bu)足(zu)等(deng)(deng)(deng)問題(ti)，利用(yong)(yong)(yong)大數(shu)據技(ji)術(shu)、集(ji)成計(ji)(ji)(ji)算材(cai)料(liao)工程(cheng)(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)開發(fa)(fa)海洋(yang)工程(cheng)(cheng)(cheng)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)是(shi)目前(qian)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)領域重要的(de)研(yan)發(fa)(fa)方向(xiang)之一。

3. 2海洋(yang)工(gong)程(cheng)用鈦合金制備加工(gong)新(xin)工(gong)藝開發

海洋(yang)工(gong)(gong)(gong)程、海洋(yang)裝備(bei)等(deng)用鈦(tai)(tai)(tai)量(liang)的(de)(de)持續增長(chang)，對我國鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)制(zhi)備(bei)新(xin)(xin)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)開(kai)(kai)(kai)發和制(zhi)造(zao)(zao)成(cheng)本的(de)(de)進(jin)一(yi)(yi)步降低(di)提出(chu)了(le)更高(gao)(gao)的(de)(de)要求(qiu)。在(zai)周廉院(yuan)士“把鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)用到海洋(yang)中、將(jiang)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)價格降低(di)一(yi)(yi)半以上”的(de)(de)倡導下，目(mu)前國內(nei)主(zhu)要鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)生產企業及研發機構(gou)已(yi)積(ji)極(ji)開(kai)(kai)(kai)展降低(di)成(cheng)本、優化傳統工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、開(kai)(kai)(kai)發先進(jin)新(xin)(xin)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作。傳統的(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)制(zhi)備(bei)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)暴(bao)露出(chu)了(le)過程能量(liang)損(sun)失大、控制(zhi)精度差(cha)、生產制(zhi)造(zao)(zao)效率低(di)等(deng)諸多問(wen)題(ti)，因(yin)此亟(ji)需(xu)開(kai)(kai)(kai)發具有顛覆性(xing)、開(kai)(kai)(kai)創性(xing)的(de)(de)新(xin)(xin)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)。例如短(duan)流程工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、連續鑄造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、高(gao)(gao)效輔助冶煉(lian)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、增材(cai)制(zhi)造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、近凈成(cheng)型(xing)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、在(zai)線組織(zhi)調控工(gong)(gong)(gong)藝(yi)等(deng)，均可在(zai)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)、制(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)單個(ge)環節(jie)(jie)或(huo)多個(ge)環節(jie)(jie)中實現海洋(yang)工(gong)(gong)(gong)程用鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)效率、成(cheng)品質(zhi)量(liang)等(deng)方面(mian)質(zhi)的(de)(de)飛躍。此外，由于鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)導熱(re)性(xing)能差(cha)，造(zao)(zao)成(cheng)其(qi)焊(han)接(jie)過程中熱(re)量(liang)分布不均，進(jin)而導致(zhi)其(qi)焊(han)接(jie)組織(zhi)粗大、均勻(yun)性(xing)差(cha)、亞穩相含(han)量(liang)高(gao)(gao)、焊(han)縫(feng)母材(cai)性(xing)能匹配性(xing)低(di)等(deng)，這些(xie)問(wen)題(ti)一(yi)(yi)直是鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)連接(jie)方面(mian)有待解決的(de)(de)關鍵(jian)技術問(wen)題(ti)。因(yin)此，目(mu)前亟(ji)需(xu)開(kai)(kai)(kai)展在(zai)線熱(re)處理焊(han)接(jie)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)和免熱(re)處理大型(xing)結構(gou)體焊(han)接(jie)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技術等(deng)來(lai)(lai)滿(man)足我國未來(lai)(lai)大型(xing)裝備(bei)建造(zao)(zao)過程的(de)(de)需(xu)要。

3. 3海(hai)洋(yang)工程用鈦合金的服役性能優化

鈦及鈦合金在(zai)(zai)(zai)海洋工(gong)程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)應用比例逐年提高(gao)。相(xiang)較于(yu)(yu)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)鐵基合金(jin)(jin)，鈦(tai)及(ji)(ji)鈦(tai)合金(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)深(shen)海環境(jing)下(xia)不(bu)易(yi)發生腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)［5，6］，作(zuo)為(wei)深(shen)海管(guan)道(dao)(dao)材(cai)(cai)料(liao)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)強(qiang)，可大(da)(da)大(da)(da)減少維(wei)護和(he)修理費用［7］。鈦(tai)合金(jin)(jin)材(cai)(cai)質的(de)(de)(de)(de)深(shen)海工(gong)程(cheng)裝(zhuang)備在(zai)(zai)(zai)深(shen)海中服役時，不(bu)僅會受到海水(shui)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，同樣(yang)亦受到海水(shui)靜水(shui)壓(ya)力(li)、海水(shui)流速、溫(wen)度(du)等諸多(duo)綜合因素的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，因而(er)鈦(tai)合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)行為(wei)與淺層海水(shui)或常規(gui)水(shui)溶液(ye)中的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)大(da)(da)為(wei)不(bu)同。因此(ci)，對(dui)(dui)于(yu)(yu)深(shen)海環境(jing)使用的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)合金(jin)(jin)，為(wei)了(le)滿足其特(te)殊的(de)(de)(de)(de)服役環境(jing)及(ji)(ji)要求(qiu)，對(dui)(dui)材(cai)(cai)料(liao)性能(neng)(neng)提出(chu)了(le)很高(gao)的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)。所以(yi)研究(jiu)深(shen)海獨特(te)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環境(jing)以(yi)及(ji)(ji)鈦(tai)合金(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)深(shen)海環境(jing)下(xia)特(te)殊的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)行為(wei)及(ji)(ji)機理對(dui)(dui)于(yu)(yu)深(shen)海大(da)(da)型裝(zhuang)備、重(zhong)大(da)(da)工(gong)程(cheng)等的(de)(de)(de)(de)服役性能(neng)(neng)評測具(ju)有重(zhong)要意義［8］。此(ci)外，不(bu)同于(yu)(yu)鋼鐵材(cai)(cai)料(liao)，鈦(tai)合金(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)深(shen)海高(gao)靜水(shui)壓(ya)力(li)作(zuo)用下(xia)會發生高(gao)壓(ya)壓(ya)縮(suo)蠕變(bian)，從而(er)導致(zhi)其發生塑性變(bian)形，導致(zhi)重(zhong)大(da)(da)裝(zhuang)備的(de)(de)(de)(de)結(jie)構失(shi)穩等系(xi)列問題。但是，目(mu)前綜合考慮蠕變(bian)和(he)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)雙重(zhong)因素對(dui)(dui)鈦(tai)合金(jin)(jin)性能(neng)(neng)影響(xiang)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)還(huan)未有報道(dao)(dao)。為(wei)滿足未來重(zhong)大(da)(da)海洋工(gong)程(cheng)裝(zhuang)備需求(qiu)，亟需開展服役環境(jing)因素與鈦(tai)合金(jin)(jin)使用性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)耦合機制(zhi)研究(jiu)。

4、重大項目支持計劃

鈦合(he)金由于具有質輕、耐蝕(shi)和高強的特性(xing)，是建造深(shen)空站(zhan)主體、深(shen)潛(qian)器(qi)和潛(qian)艇結構的首選材料(liao)。國家(jia)在海(hai)洋(yang)工(gong)程(cheng)用鈦合(he)金領域(yu)支(zhi)持了(le)一系列重大(da)項(xiang)目。作為深(shen)海(hai)資(zi)源開發和海(hai)洋(yang)安(an)全維(wei)護平(ping)臺的深(shen)海(hai)空間(jian)站(zhan)，已被國務院印發的《“十三(san)五”國家(jia)科技創新規劃》作為面(mian)向 2030年(nian)部署的 6 個體現國家(jia)戰略意圖的重大(da)科技項(xiang)目之一。

該(gai)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)主(zhu)要(yao)開展深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)探測與(yu)(yu)(yu)作(zuo)業(ye)前沿共性(xing)(xing)(xing)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)及(ji)(ji)通用與(yu)(yu)(yu)專(zhuan)(zhuan)(zhuan)用型(xing)、移動與(yu)(yu)(yu)固定式深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)空間(jian)站(zhan)核心關(guan)鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)等(deng)方(fang)面研究(jiu)，周廉院(yuan)士也被委以(yi)重(zhong)任，作(zuo)為材料(liao)方(fang)面的(de)(de)(de)責任專(zhuan)(zhuan)(zhuan)家(jia)(jia)(jia)參(can)與(yu)(yu)(yu)該(gai)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)。在(zai)(zai)深(shen)(shen)(shen)(shen)潛(qian)(qian)(qian)(qian)器(qi)(qi)用鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)方(fang)面，“蛟龍”號載(zai)人(ren)(ren)潛(qian)(qian)(qian)(qian)水(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)是“十(shi)(shi)五(wu)”期(qi)(qi)間(jian)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)“863”計(ji)(ji)(ji)劃重(zhong)大專(zhuan)(zhuan)(zhuan)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)“7000 m 載(zai)人(ren)(ren)潛(qian)(qian)(qian)(qian)水(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)”的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)成(cheng)(cheng)果，其設計(ji)(ji)(ji)最大下潛(qian)(qian)(qian)(qian)深(shen)(shen)(shen)(shen)度為 7000 m。該(gai)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)于(yu) 2002 年(nian)立項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，2008 年(nian)完成(cheng)(cheng)設備(bei)研制(zhi)工(gong)(gong)作(zuo)，隨后又(you)先后獲得科(ke)技(ji)(ji)(ji)部(bu)“973”計(ji)(ji)(ji)劃、中國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)先導計(ji)(ji)(ji)劃和國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)自(zi)然科(ke)學(xue)基金(jin)委南海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)深(shen)(shen)(shen)(shen)部(bu)計(ji)(ji)(ji)劃等(deng)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重(zhong)要(yao)科(ke)技(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)劃的(de)(de)(de)支持，并(bing)于(yu) 2017 年(nian)獲得國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)科(ke)技(ji)(ji)(ji)進(jin)步一(yi)等(deng)獎。2015 年(nian) 12 月國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)“863”計(ji)(ji)(ji)劃項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)“4500 m 深(shen)(shen)(shen)(shen)潛(qian)(qian)(qian)(qian)器(qi)(qi)用 TC4ELI 鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)載(zai)人(ren)(ren)球殼制(zhi)造技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)”通過驗收，該(gai)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)研制(zhi)的(de)(de)(de)載(zai)人(ren)(ren)球艙已(yi)被優(you)選安裝(zhuang)在(zai)(zai)“深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)勇(yong)士”號載(zai)人(ren)(ren)深(shen)(shen)(shen)(shen)潛(qian)(qian)(qian)(qian)器(qi)(qi)上，完成(cheng)(cheng)了 4535 m 的(de)(de)(de)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)試。“全(quan)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)深(shen)(shen)(shen)(shen)載(zai)人(ren)(ren)潛(qian)(qian)(qian)(qian)水(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)用鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)載(zai)人(ren)(ren)艙研制(zhi)”是我國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)“十(shi)(shi)三(san)五(wu)”部(bu)署的(de)(de)(de)首批國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重(zhong)點研發計(ji)(ji)(ji)劃項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)。該(gai)潛(qian)(qian)(qian)(qian)水(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)建(jian)成(cheng)(cheng)后，將在(zai)(zai)覆(fu)蓋世界最大深(shen)(shen)(shen)(shen)度( 約1. 1 萬米)的(de)(de)(de)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)洋完成(cheng)(cheng)載(zai)人(ren)(ren)下潛(qian)(qian)(qian)(qian)并(bing)進(jin)行科(ke)考(kao)作(zuo)業(ye)，是深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)進(jin)入能(neng)力的(de)(de)(de)頂級體(ti)現(xian)，是繼“深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)勇(yong)士”號之后，由我國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)自(zi)主(zhu)設計(ji)(ji)(ji)、自(zi)主(zhu)研制(zhi)和加(jia)工(gong)(gong)制(zhi)造，作(zuo)業(ye)范圍可覆(fu)蓋世界所(suo)有海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)域的(de)(de)(de)載(zai)人(ren)(ren)潛(qian)(qian)(qian)(qian)水(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)。2017 年(nian)，中國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)船(chuan)舶重(zhong)工(gong)(gong)集(ji)團(tuan)702 所(suo)承擔了國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重(zhong)點研發計(ji)(ji)(ji)劃“深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)關(guan)鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)與(yu)(yu)(yu)裝(zhuang)備(bei)”的(de)(de)(de)重(zhong)點專(zhuan)(zhuan)(zhuan)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)“深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)裝(zhuang)備(bei)耐(nai)(nai)壓(ya)結構(gou)(gou)體(ti)、材料(liao)耐(nai)(nai)壓(ya)特性(xing)(xing)(xing)及(ji)(ji)評估技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)研究(jiu)”項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)，擬(ni)建(jian)立深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)裝(zhuang)備(bei)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)耐(nai)(nai)壓(ya)結構(gou)(gou)安全(quan)性(xing)(xing)(xing)評估方(fang)法，進(jin)而對我國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)現(xian)役及(ji)(ji)在(zai)(zai)研的(de)(de)(de)深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)載(zai)人(ren)(ren)潛(qian)(qian)(qian)(qian)水(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)等(deng)大型(xing)深(shen)(shen)(shen)(shen)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)裝(zhuang)備(bei)耐(nai)(nai)壓(ya)結構(gou)(gou)長期(qi)(qi)服(fu)役的(de)(de)(de)安全(quan)性(xing)(xing)(xing)評估提供技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)支撐(cheng)。由云南鈦(tai)(tai)(tai)業(ye)股份有限(xian)公司牽頭(tou)的(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重(zhong)點研發計(ji)(ji)(ji)劃項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)“低成(cheng)(cheng)本高耐(nai)(nai)蝕鈦(tai)(tai)(tai)及(ji)(ji)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)管材與(yu)(yu)(yu)高品質鈦(tai)(tai)(tai)帶制(zhi)造技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)開發及(ji)(ji)應用”，擬(ni)解(jie)決管材加(jia)工(gong)(gong)及(ji)(ji)復(fu)雜(za)(za)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)洋環(huan)境應用過程中微(wei)觀(guan)組織-綜合(he)(he)(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)-殘余應力-耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)協(xie)同控制(zhi)等(deng)關(guan)鍵科(ke)學(xue)問題，構(gou)(gou)建(jian)復(fu)雜(za)(za)海(hai)(hai)(hai)(hai)(hai)洋環(huan)境服(fu)役條件下鈦(tai)(tai)(tai)及(ji)(ji)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)管材耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)評價體(ti)系。

為(wei)了(le)解決海(hai)(hai)洋(yang)工程(cheng)用(yong)鈦(tai)(tai)合金成(cheng)分設計(ji)、加工制備(bei)、焊接和(he)性能評價等關(guan)鍵技(ji)術和(he)共性技(ji)術問題，國內從(cong)事(shi)海(hai)(hai)洋(yang)工程(cheng)用(yong)鈦(tai)(tai)合金研究(jiu)的(de)優勢單位強(qiang)強(qiang)聯合，擬以“集中(zhong)力量辦大(da)事(shi)”的(de)方式，系統解決海(hai)(hai)洋(yang)工程(cheng)用(yong)鈦(tai)(tai)合金中(zhong)的(de)相關(guan)基礎問題。此外，為(wei)了(le)提升國防(fang)和(he)海(hai)(hai)軍裝備(bei)水平，軍方也陸續發(fa)布了(le)“十三五(wu)”裝備(bei)預(yu)研和(he)科(ke)研項目，針對艦船(chuan)用(yong)鈦(tai)(tai)合金開展相關(guan)基礎和(he)應用(yong)研究(jiu)。

5、海洋工程用鈦合金研究成果

5. 1成分設計

針對海洋工程對鈦合金高強、耐沖擊、耐腐蝕和焊接性的需求，國內團隊開發設計出了多種新型合金。其中，南京工業大學以廉價 Fe 元素改性為主，開發出了低成本高強韌的 Ti-3Al-3. 5Fe-0. 1B 合金，屈服強度≥1000 MPa，延伸率 ≥ 15%［9］; Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe ( Ti-35421) 合金，抗拉強度為 1313 MPa，屈服強度為 1240 MPa，延伸率為 8. 62%，斷 面 收 縮 率 為 17. 58%，斷 裂 韌 性 K1C 為75. 8 MPa·m^1/2，在 3. 5% NaCl 溶液中的應力腐蝕敏感性小，擁有較好的耐腐蝕性［10］。哈爾濱工業大學通過添加Zr，Mo 元素開發了鈍化能力提高的耐蝕鈦合金，包括Ti-5. 5Al-4Zr-1Sn-0. 3Mo-1Nb 合 金［11］， 屈 服 強 度 為987. 62 MPa，極限應變量為24. 64%，K1C為71. 29 MPa·m^1/2;Ti-5. 5Al-3Nb-3Zr-1. 2Mo-0. 3Ni 合金［12］，壓縮屈服強度為808. 05 MPa，極限應變量為 23. 42%。西北有色金屬研究院以可 焊 性 為 主 要 思 路，開 發 了 高 強 韌 海 洋 工 程 用Ti-Al-Zr-Mo-Cr-Nb 系 可 焊 鈦 合 金［13］， 屈 服 強 度 ＞900 MPa，延伸率＞13%，K1C＞75 MPa·m^1/2，且經電弧焊或電子束焊后的焊接接頭系數≥0. 9。中國船舶重工集團725 研究所針對現有高強鈦合金焊接處沖擊韌性較低的特點，開發了高強高沖擊韌性的耐蝕可焊鈦合金［14］，他們利用 Al，Mo，V，Nb，Cr，Zr 等元素，調控合金的鋁當量［Al］當≥6，鉬當量［Mo］當 ≤8，使合金鍛件與板材的抗拉強度＞ 1060 MPa，屈服強度＞ 980 MPa，沖擊功＞40 J，K1C＞80 MPa·m^1/2，且焊接系數＞0. 9。

5. 2服役性能

針對(dui)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在(zai)海洋多場耦合(he)(he)服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)下面(mian)臨的(de)主(zhu)要失效形式，國內鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)研發單位開展了(le)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)低(di)周(zhou)疲勞(lao)(lao)［15－18］、應(ying)力腐蝕［19－21］和(he)高(gao)壓(ya)蠕變［22，23］等方面(mian)的(de)研究工作(zuo)。應(ying)力水(shui)(shui)平較高(gao)時的(de)低(di)周(zhou)疲勞(lao)(lao)性能(neng)是海洋工程裝備耐久性的(de)重要指標。對(dui) TC4 ELI 合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)低(di)周(zhou)疲勞(lao)(lao)性能(neng)研究發現(xian): 在(zai)最(zui)大(da)應(ying)力水(shui)(shui)平下，不(bu)同組織(zhi)(zhi)的(de) TC4 ELI 合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)均(jun)表現(xian)出顯著的(de)循(xun)環(huan)軟化現(xian)象，相比(bi)于片(pian)層組織(zhi)(zhi)，雙(shuang)態(tai)組織(zhi)(zhi)具(ju)有(you)更加優(you)異(yi)的(de)疲勞(lao)(lao)性能(neng)，這主(zhu)要是因為(wei)雙(shuang)態(tai)組織(zhi)(zhi)中位錯的(de)有(you)效滑移(yi)距離遠小(xiao)于片(pian)層組織(zhi)(zhi)，此外(wai)具(ju)有(you)位錯密(mi)度的(de)等軸 α 相的(de)存在(zai)也阻礙(ai)了(le)疲勞(lao)(lao)裂紋(wen)的(de)萌(meng)生和(he)擴展。對(dui)斷口形貌的(de)掃描電鏡分析發現(xian): 具(ju)有(you)雙(shuang)態(tai)組織(zhi)(zhi)的(de)試(shi)樣(yang)疲勞(lao)(lao)斷口平整光滑，而(er)片(pian)層組織(zhi)(zhi)的(de)試(shi)樣(yang)斷口則出現(xian)了(le)與原始(shi)粗大(da)的(de) β 晶粒有(you)關的(de)幾(ji)何形刻面(mian)

［15］。上海海洋大學(xue)(xue)對(dui)于潛在的(de)可用于全海深(shen)載人艙的(de) TB19 材料的(de)低周疲(pi)(pi)勞性(xing)能(neng)研(yan)究發現(xian)，TB19 具有比 TC4 ELI 合金更好的(de)低周疲(pi)(pi)勞性(xing)能(neng)［16］。對(dui)可用于深(shen)海載人探測(ce)器的(de) TC4 ELI 合金，得到了(le)其保載時間(jian)(jian)與疲(pi)(pi)勞性(xing)能(neng)的(de)關系曲線(xian)，為后續研(yan)究預(yu)(yu)測(ce) TC4 ELI 的(de)服役時間(jian)(jian)提供了(le)理(li)論依(yi)據［17］。另一方面，通(tong)過(guo)建立數(shu)學(xue)(xue)模型，開發了(le)較為準(zhun)確的(de)、通(tong)過(guo)簡(jian)單試驗參數(shu)來預(yu)(yu)估 TC4、IMI834 等鈦合金疲(pi)(pi)勞及低周疲(pi)(pi)勞性(xing)能(neng)的(de)方法［18］。

針對鈦合金應力腐蝕的特征，南京工業大學對強度級別在 1200 MPa 級的 Ti-35421 合金的應力腐蝕開裂行為和鈍化膜自修復行為進行了研究［19］。Ti-35421 合金存在強韌性匹配等問題，具有一定的應力腐蝕敏感性，在空氣(A)和 3. 5%NaCl 溶液(SSＲT) 中的 3 種不同應變速率下應力腐蝕敏感性指數排序為: IA(1. 67× 10^－5 mm/s) ＞IA(5. 00× 10 ^－5 mm/s) ＞ IA (1. 33× 10^－5 mm/s); ISSＲT (1. 67×10^－5 mm/s)＞ISSＲT(5. 00×10^－5 mm/s)＞ISSＲT(1. 33×10^－5 mm/s)，呈現隨著應變速率的降低先上升后下降的趨勢。1. 67×10^－5 mm/s 速(su)率(lv)下(xia)，應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕敏感性(xing)最高，ISSＲT為(wei)(wei) 0. 2786，IA為(wei)(wei) 27. 27%，判(pan)斷 Ti-35421 合金在 3. 5%NaCl 溶液中存(cun)在發生應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕的(de)可能性(xing)，宏觀(guan)斷口形貌表(biao)現(xian)為(wei)(wei)脆性(xing)斷裂(lie)，微觀(guan)上韌(ren)窩較(jiao)淺，出現(xian)平臺區域(yu)，為(wei)(wei)準解理斷裂(lie)形貌。在較(jiao)慢(man)的(de)應(ying)(ying)(ying)變速(su)率(lv)下(xia)，無明顯的(de)鈍化(hua)膜(mo)破(po)裂(lie)修復(fu)行為(wei)(wei)，腐(fu)(fu)蝕是造(zao)成斷裂(lie)的(de)主要原因; 在中等(deng)應(ying)(ying)(ying)變速(su)率(lv)下(xia)， 應(ying)(ying)(ying)力-化(hua)學交互(hu)作(zuo)用提高了 Ti-35421 合金的(de)應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕敏感性(xing)，且(qie)在鈍化(hua)膜(mo)損傷、出現(xian)裂(lie)紋后，隨著時間(jian)的(de)延長造(zao)成的(de)傷害也越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大，電位下(xia)降，損傷修復(fu)時間(jian)延長。

而在對鈍化膜自修復行為研究時發現，無壓應力條件下，溶解氧濃度高有利于鈍化膜的自修復過程發展。在較大外加壓應力作用下，隨著壓應力的增加劃痕造成的傷害增加，同時鈍化膜修復時間顯著增加。不同壓應力下Ti-35421 合金劃痕試驗時的電流-時間變化曲線，總體呈現出和無壓應力作用下相同的趨勢，再鈍化也分為Ⅰ-暫態階段、Ⅱ-暫態、穩態轉變階段、Ⅲ-穩定化 3 個階段。隨著壓應力的增加，劃痕所引起的電流越來越大，當壓應力為 5 MPa 時，劃痕電流增加至 5. 05 mA·cm^－2，當壓應力為 10 MPa 時，劃痕電流增加至 11. 73 mA·cm^－2，當壓應力為 20 MPa 時，劃痕電流增加至 20. 66 mA·cm^－2。    鈍(dun)化膜(mo)自修(xiu)復時間(jian)由 20 ms 增加(jia)到(dao) 500 ms，呈現數量級(ji)差別。

深海環境下(xia)，材(cai)料(liao)(liao)長期處(chu)于(yu)(yu)接近屈服強度(du)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)下(xia)，導致了材(cai)料(liao)(liao)內部發生(sheng)局部應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)集(ji)中和(he)(he)結構(gou)(gou)體(ti)宏觀應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)分配不(bu)(bu)均(jun)等現(xian)象。相(xiang)較于(yu)(yu)傳統鋼(gang)鐵材(cai)料(liao)(liao)，鈦(tai)合金(jin)由(you)于(yu)(yu)其(qi)輕質的(de)(de)(de)(de)特性可(ke)提供更高(gao)的(de)(de)(de)(de)容重(zhong)比，在深海重(zhong)大工程裝備(bei)中可(ke)以作為耐壓(ya)(ya)(ya)(ya)結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)進(jin)行使用，但在長時間壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)作用下(xia)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)累積(ji)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)，導致結構(gou)(gou)體(ti)的(de)(de)(de)(de)安(an)全性和(he)(he)穩定性下(xia)降。因此近年來(lai)已(yi)在鈦(tai)合金(jin)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)方面(mian)開展了先導性研究［21－23］。在室溫下(xia)對 Ti80 和(he)(he) TC4 兩種鈦(tai)合金(jin)進(jin)行高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)實驗(yan)時，發現(xian)這兩種鈦(tai)合金(jin)在室溫壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)過(guo)程中均(jun)存在較大的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)閾值。當外(wai)加(jia)(jia)(jia)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)低于(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)閾值時，蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)曲線存在蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)飽和(he)(he)現(xian)象，之(zhi)后蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)量幾(ji)乎不(bu)(bu)再增(zeng)加(jia)(jia)(jia); 當外(wai)加(jia)(jia)(jia)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)高(gao)于(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)閾值時，蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)曲線出(chu)現(xian)穩態蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)階(jie)段。蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)對外(wai)加(jia)(jia)(jia)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)有(you)著(zhu)很強的(de)(de)(de)(de)敏(min)感性，隨外(wai)加(jia)(jia)(jia)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)與蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)量都有(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)［21］。Ti80 合金(jin)在室溫下(xia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)前后的(de)(de)(de)(de) TEM 照片顯(xian)示，合金(jin)經 610 MPa 應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)下(xia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)實驗(yan)后，α 相(xiang)內的(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)密(mi)度(du)提高(gao)，大量的(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)塞(sai)積(ji)在相(xiang)界(jie)和(he)(he)晶界(jie)處(chu)，形(xing)(xing)成(cheng)了位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)網。位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)網會阻礙位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)(de)運動(dong)，并且(qie)在 610 MPa 下(xia)，沒(mei)有(you)新的(de)(de)(de)(de)可(ke)移(yi)(yi)動(dong)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)生(sheng)成(cheng)，這使得初(chu)始階(jie)段的(de)(de)(de)(de)蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)越來(lai)越慢，最終達到蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)飽和(he)(he)，幾(ji)乎不(bu)(bu)再產(chan)生(sheng)蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)。當外(wai)加(jia)(jia)(jia)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)提高(gao)到 780 MPa，發現(xian) α相(xiang)內的(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)數(shu)量和(he)(he)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)密(mi)度(du)急(ji)劇增(zeng)加(jia)(jia)(jia)。高(gao)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)下(xia)多個方向的(de)(de)(de)(de)滑移(yi)(yi)系(xi)被(bei)激(ji)活(huo)，柱面(mian)和(he)(he)錐面(mian)滑移(yi)(yi)開動(dong)，生(sheng)成(cheng)了新的(de)(de)(de)(de)可(ke)移(yi)(yi)動(dong)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)，使得蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)繼(ji)續進(jin)行下(xia)去(qu)，達到穩態蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)階(jie)段。通過(guo) TEM 分析，認為 Ti80 鈦(tai)合金(jin)蠕(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)主要(yao)是由(you) α 相(xiang)內位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)滑移(yi)(yi)導致的(de)(de)(de)(de)［22］。

6、存在問題和發展趨勢

經(jing)過近幾(ji)年(nian)的(de)(de)(de)(de)發展，我國(guo)海(hai)洋工程(cheng)(cheng)用(yong)鈦(tai)合金(jin)研(yan)發和應用(yong)已經(jing)獲得了長足(zu)的(de)(de)(de)(de)進步(bu)，但依然存在諸多問題(ti)亟(ji)待解(jie)決，主要(yao)包括:(1)成(cheng)本問題(ti)。經(jing)濟性仍是制約(yue)鈦(tai)合金(jin)在海(hai)洋工程(cheng)(cheng)領域推廣(guang)應用(yong)的(de)(de)(de)(de)“阿喀琉斯之踵(zhong)”。如何在保證質量的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下，降低鈦(tai)合金(jin)成(cheng)本是重(zhong)中之重(zhong)。低成(cheng)本鈦(tai)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)分設計、回收(shou)料的(de)(de)(de)(de)利用(yong)、短流程(cheng)(cheng)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)開發及高效的(de)(de)(de)(de)焊接技(ji)術，都是突破(po)經(jing)濟性的(de)(de)(de)(de)有效手段。(2)牌號雜(za)亂。俄羅斯的(de)(de)(de)(de)海(hai)洋工程(cheng)(cheng)用(yong)鈦(tai)合金(jin)以易焊接、焊后(hou)不預熱為發展方向(xiang)，美國(guo)以軍(jun)民通用(yong)為主要(yao)原則，而我國(guo)在強(qiang)度級別之外(wai)，至今沒有形成(cheng)海(hai)洋工程(cheng)(cheng)用(yong)

鈦(tai)合金材料體(ti)系(xi)的(de)主攻(gong)方向(xiang)，需要針對設備(bei)、管路、耐壓殼體(ti)等(deng)(deng)的(de)應用屬(shu)性制定不(bu)同的(de)合金體(ti)系(xi)。(3)規格(ge)型號不(bu)足。寬厚板、大口徑無縫管等(deng)(deng)大尺(chi)寸鈦(tai)合金產品(pin)加工技(ji)術尚(shang)不(bu)成熟，批(pi)次穩定性有待進一步(bu)提高。(4)基礎研究(jiu)不(bu)足。對合金元(yuan)(yuan)素和(he)(he)雜質(zhi)元(yuan)(yuan)素以及組織、形貌等(deng)(deng)對合金性能的(de)影響缺(que)乏(fa)(fa)定量化描述，對多場耦合條件(jian)下(腐蝕(shi)介(jie)質(zhi)、應力、溫(wen)度(du)等(deng)(deng))鈦(tai)合金的(de)主要失效形式(shi)和(he)(he)防護技(ji)術的(de)研究(jiu)缺(que)乏(fa)(fa)。(5)設計和(he)(he)評價方法(fa)缺(que)失。缺(que)乏(fa)(fa)鈦(tai)質(zhi)裝備(bei)的(de)設計方法(fa)，缺(que)乏(fa)(fa)使(shi)用及評價相關的(de)規范和(he)(he)標準。

7、結語

相比于鋼鐵、銅合金、復合材(cai)料等(deng)海洋(yang)工程材(cai)料，鈦(tai)合金仍屬于小眾(zhong)金屬，但(dan)隨著我(wo)國(guo)海洋(yang)裝(zhuang)備向深(shen)海、遠海及兩極發(fa)展，鈦(tai)合金輕質耐蝕的特性對裝(zhuang)備的安全性和(he)可靠性提供了巨大(da)的保障。我(wo)國(guo)鈦(tai)合金科技工作(zuo)者應(ying)抓(zhua)住機(ji)遇，夯實(shi)基礎，在關鍵技術(shu)領(ling)域實(shi)現突破，為我(wo)國(guo)經濟發(fa)展和(he)國(guo)防力(li)量建(jian)設做出應(ying)有(you)的貢獻(xian)。

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